Peluruhan Beta (β)
Peluruhan beta adalah salah satu bentuk proses peluruhan radioaktif di mana inti sebuah atom mengeluarkan partikel beta. Proses ini merupakan salah satu mekanisme yang digunakan oleh atom untuk mencapai kestabilan energetik melalui transformasi nuklir. Ada dua tipe peluruhan beta utama: peluruhan beta minus (β-) dan peluruhan beta plus (β+), yang masing-masing melibatkan emisi elektron atau positron.
Peluruhan Beta Minus (β-)
Peluruhan beta minus adalah proses di mana inti atom mengeluarkan elektron (disebut partikel beta) dan sebuah antineutrino elektron. Ini terjadi ketika sebuah neutron dalam inti atom berubah menjadi sebuah proton. Transformasi ini dapat dirumuskan sebagai berikut:
\[ n \rightarrow p^+ + e^- + \bar{\nu}_e \]
Di mana:
– \( n \) adalah neutron.
– \( p^+ \) adalah proton.
– \( e^- \) adalah elektron (partikel beta).
– \( \bar{\nu}_e \) adalah antineutrino elektron.
Proses ini terjadi karena neutron memiliki massa yang sedikit lebih besar daripada proton. Dalam inti atom, neutron tidak selalu stabil dan dapat meluruh menjadi proton, mematuhi hukum kekekalan energi dan momentum.
Peluruhan Beta Plus (β+)
Peluruhan beta plus adalah proses di mana inti atom mengeluarkan sebuah positron (antipartikel dari elektron) dan sebuah neutrino elektron. Ini terjadi ketika proton dalam inti berubah menjadi sebuah neutron. Reaksi nuklir untuk peluruhan beta plus dapat ditulis sebagai:
\[ p^+ \rightarrow n + e^+ + \nu_e \]
Di mana:
– \( p^+ \) adalah proton.
– \( n \) adalah neutron.
– \( e^+ \) adalah positron (partikel beta plus).
– \( \nu_e \) adalah neutrino elektron.
Peluruhan beta plus hanya bisa terjadi dalam inti yang memiliki energi lebih tinggi dan cukup untuk mendukung proses ini, dikarenakan terlibatnya energi tambahan untuk menciptakan pasangan partikel positron dan neutrino.
Neutrino dan Peranannya
Baik dalam peluruhan beta minus maupun beta plus, kehadiran neutrino memainkan peran penting. Neutrino adalah partikel subatom yang sangat ringan dan netral secara elektris. Mereka sulit terdeteksi karena jarang berinteraksi dengan materi lain. Neutrino pertama kali diusulkan oleh Wolfgang Pauli pada tahun 1930 untuk menjaga pelestarian energi, momentum, dan spin dalam proses peluruhan beta. Eksperimen selanjutnya pada tahun 1950-an akhirnya mengonfirmasi eksistensi neutrino.
Transmutasi dan Perubahan Identitas Atom
Seperti halnya peluruhan radioaktif lainnya, peluruhan beta menyebabkan transmutasi elemen. Dalam peluruhan beta minus, proton baru yang terbentuk menambah satu unit pada nomor atom, menyebabkan atom berubah menjadi elemen berikutnya dalam tabel periodik. Misalnya, karbon-14 (\( ^{14}C \)) meluruh menjadi nitrogen-14 (\( ^{14}N \)):
\[ ^{14}_6C \rightarrow ^{14}_7N + e^- + \bar{\nu}_e \]
Pada peluruhan beta plus, proton yang berubah menjadi neutron mengurangi satu unit nomor atom, mengubah elemen tersebut menjadi elemen sebelumnya dalam tabel periodik. Contohnya adalah peluruhan positron dari karbon-10 (\( ^{10}C \)) menjadi boron-10 (\( ^{10}B \)):
\[ ^{10}_6C \rightarrow ^{10}_5B + e^+ + \nu_e \]
Aplikasi Peluruhan Beta
Peluruhan beta memiliki berbagai aplikasi dalam ilmu pengetahuan dan teknologi. Berikut beberapa contoh penting:
1. Radiokarbon Dating : Metode penanggalan radiokarbon menggunakan peluruhan beta dari isotop karbon-14 untuk menentukan usia material organik.
2. Kedokteran Nuklir : Isotop radioaktif yang mengalami peluruhan beta digunakan untuk pencitraan medis dan terapi radiasi. Misalnya, fluor-18 yang mengalami peluruhan beta plus digunakan dalam PET scan untuk mendeteksi aktivitas metabolik dalam tubuh.
3. Fisi Nuklir : Dalam reaktor nuklir, peluruhan beta dari radioisotop merupakan bagian dari rantai reaksi fisi yang menghasilkan energi.
4. Kestabilan Nuklida : Studi tentang peluruhan beta memberikan informasi tentang kestabilan nuklida dan membantu dalam memahami interaksi fundamental antara partikel subatom.
Konservasi yang Ditaati
Setiap proses peluruhan beta harus mematuhi beberapa hukum konservasi:
1. Konservasi Muatan : Total muatan sebelum dan sesudah peluruhan harus sama.
2. Konservasi Energi : Energi total sebelum dan sesudah peluruhan harus sama.
3. Konservasi Momentum : Momentum total sebelum dan sesudah peluruhan harus sama.
4. Konservasi Lepton : Jumlah lepton (termasuk neutrino) harus dipertahankan.
Fisika di Balik Peluruhan Beta
Peluruhan beta dikendalikan oleh gaya lemah, salah satu dari empat gaya fundamental dalam fisika. Pada skala mikroskopis, gaya lemah dapat mengubah jenis quark di dalam neutron dan proton, menyebabkan perubahan partikel. Misalnya, dalam peluruhan beta minus, quark bawah dalam neutron berubah menjadi quark atas, menghasilkan proton plus elektron dan antineutrino.
Teori penjelasan untuk gaya lemah pertama kali dijelaskan melalui mekanisme yang diusung oleh fisikawan seperti Enrico Fermi dan kemudian diperluas dalam teori elektrolemah oleh Sheldon Glashow, Abdus Salam, dan Steven Weinberg, yang menerima Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1979.
Penutup
Peluruhan beta adalah fenomena mendalam dan penting dalam dunia fisika nuklir dan partikel. Dari aspek teoretis yang menguraikan bagaimana partikel subatom berinteraksi, hingga aplikasi praktis yang bermanfaat dalam berbagai bidang kehidupan, peluruhan beta tetap menjadi salah satu aspek vital dalam ilmu pengetahuan modern. Melalui penelitian lanjutan dan penerapan teknologi baru, pemahaman kita tentang peluruhan beta akan terus berkembang, memberikan cara-cara baru untuk mengeksplorasi dan memanfaatkan kekuatan alam semesta.
